劉 楊，陳昱同，馬麗強(qiáng)

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司技能培訓(xùn)中心臨汾分部，山西 臨汾 041000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

聲電聯(lián)合法檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜局部放電有效性分析

劉 楊1，陳昱同2，馬麗強(qiáng)2

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司技能培訓(xùn)中心臨汾分部，山西 臨汾 041000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

通過(guò)對(duì)山西電網(wǎng)91個(gè)變電站近2 000面高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)，實(shí)踐證明聲電聯(lián)合法檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜局部放電是最有效的方法。介紹了聲電聯(lián)合法原理和全省開(kāi)關(guān)柜局部放電普測(cè)情況，對(duì)聲電聯(lián)合法有效性進(jìn)行對(duì)比分析，為開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)人員提供有益參考。

開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)；聲電聯(lián)合法；暫態(tài)地電壓法；超聲波法；特高頻法

2015年7月，為了診斷開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)，預(yù)防開(kāi)關(guān)柜故障，山西電網(wǎng)對(duì)重負(fù)荷和樞紐變電站高壓開(kāi)關(guān)柜開(kāi)展局部放電普測(cè)，發(fā)現(xiàn)130多面開(kāi)關(guān)柜存在局部放電信號(hào)。實(shí)踐表明，聲電聯(lián)合檢測(cè)是診斷開(kāi)關(guān)柜局部放電的最有效方法。本文對(duì)這次開(kāi)關(guān)柜局部放電普測(cè)進(jìn)行介紹，并對(duì)聲電聯(lián)合檢測(cè)法中各種方法的有效性進(jìn)行分析比較，為技術(shù)人員提供參考。

1 開(kāi)關(guān)柜常見(jiàn)絕緣故障

高壓開(kāi)關(guān)柜因設(shè)計(jì)、制造、安裝等不同階段存在的問(wèn)題，表現(xiàn)為較高的故障率。其常見(jiàn)絕緣故障主要有外絕緣和內(nèi)絕緣對(duì)地閃絡(luò)，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下閃絡(luò)擊穿，絕緣子和套管濕閃、污閃、擊穿、爆炸，電流互感器閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶裂紋等。

造成絕緣缺陷的常見(jiàn)原因有：絕緣部件內(nèi)部存在雜質(zhì)或氣泡；一次元件積污、受潮；絕緣尺寸或安裝的絕緣間隙不夠；導(dǎo)體接觸不良；螺絲松動(dòng)；絕緣子開(kāi)裂；電纜頭制作不合格，等等。

在開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)下，各種絕緣缺陷往往會(huì)表現(xiàn)出大小不一的局部放電現(xiàn)象，為技術(shù)人員帶電檢測(cè)絕緣缺陷提供可能。

2 山西電網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)

山西電網(wǎng)開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)已超過(guò)6年，采用的檢測(cè)手段以暫態(tài)地電壓為主，通過(guò)幾年的檢測(cè)，技術(shù)人員反映能檢測(cè)出局部放電的開(kāi)關(guān)柜數(shù)量較少。為保證主變安全可靠運(yùn)行，防止因開(kāi)關(guān)柜故障引發(fā)主變近區(qū)短路等故障，山西電網(wǎng)于2015年7月—8月集中開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)，為提高檢測(cè)效果，要求采用兩種以上檢測(cè)手段。

有36%的檢測(cè)隊(duì)采用暫態(tài)地電壓法和超聲波法進(jìn)行檢測(cè)，64%的檢測(cè)隊(duì)在以上兩種方法基礎(chǔ)上同時(shí)采用特高頻法檢測(cè)。共檢測(cè)變電站91個(gè)，包括220 kV變電站83個(gè)，110 kV變電站8個(gè)，檢測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜共1 964面，檢測(cè)到存在放電信號(hào)的開(kāi)關(guān)柜共131面，占檢測(cè)總數(shù)的6.67%。

在131面存在局部放電信號(hào)的開(kāi)關(guān)柜中，診斷為懸浮電位放電的開(kāi)關(guān)柜有7面，空穴放電開(kāi)關(guān)柜2面，電暈放電和表面放電開(kāi)關(guān)柜122面，各放電類型所占比例如圖1所示。從圖1看出，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電類型中，以電暈放電和表面放電為主。

圖1 檢測(cè)到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各放電類型所占比例

通過(guò)對(duì)停電檢查的72面有放電信號(hào)的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將放電原因分為懸浮電位、內(nèi)部空穴缺陷、絕緣距離不足、絕緣劣化和污穢潮濕五種類型，它們分別對(duì)應(yīng)的放電開(kāi)關(guān)柜數(shù)量為5面、2面、2面、5面和58面，所占比例如圖2所示。從圖2看出，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)放電大多都是由污穢和潮濕引起的絕緣表面放電。

圖2 停電檢查的開(kāi)關(guān)柜各放電原因所占比例

3 聲電聯(lián)合法原理及有效性分析

開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法常用的有電磁檢測(cè)法和聲檢測(cè)法，電磁檢測(cè)法主要包括暫態(tài)地電壓法和特高頻法，聲檢測(cè)法主要包括超聲波法，所謂聲電聯(lián)合法即綜合利用以上幾種方法進(jìn)行局放檢測(cè)。不同的檢測(cè)方法對(duì)同一種放電有不同的靈敏度，下面介紹幾種方法的基本原理，并對(duì)其進(jìn)行有效性對(duì)比分析。

3.1 暫態(tài)地電壓法

當(dāng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，帶電粒子會(huì)由帶電體向非帶電體快速遷移。而開(kāi)關(guān)柜為主要的接地體，所以帶電粒子會(huì)向開(kāi)關(guān)柜遷移，并在開(kāi)關(guān)柜上產(chǎn)生高頻電流行波。電流行波以光速向各個(gè)方向快速傳播，因開(kāi)關(guān)柜的屏蔽作用，電流行波往往只集中在金屬柜體的內(nèi)表面，但是當(dāng)遇到開(kāi)關(guān)柜縫隙時(shí)，電流行波會(huì)由金屬柜體的內(nèi)表面轉(zhuǎn)移到外表面，并以電磁波形式向自由空間傳播，且在金屬柜體外表面產(chǎn)生暫態(tài)地電壓?？衫脤ｉT設(shè)計(jì)的暫態(tài)地電壓傳感器在柜體表面進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)頻率主要在3～100 MHz范圍內(nèi)。

暫態(tài)地電壓法檢測(cè)到的信號(hào)幅值與放電量、放電類型、頻譜分布、傳感器設(shè)計(jì)參數(shù)和信號(hào)傳播途徑的衰減程度等因素有關(guān)。利用兩個(gè)傳感器可實(shí)現(xiàn)放電位置的粗略定位。

3.2 超聲波法

發(fā)生局部放電時(shí)，電荷的快速釋放或遷移使得放電點(diǎn)周圍的電場(chǎng)力出現(xiàn)變化，導(dǎo)致電場(chǎng)力、機(jī)械力和粒子力失去平衡，引起放電點(diǎn)周圍的粒子出現(xiàn)振蕩性的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音或振動(dòng)信號(hào)。超聲波法就是利用超聲波傳感器接收局放釋放的超聲波信號(hào)來(lái)判斷放電位置和放電類型。常利用敞開(kāi)式超聲波傳感器（標(biāo)稱頻率為40 kHz）在開(kāi)關(guān)柜縫隙和小孔處進(jìn)行檢測(cè)。

超聲波傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無(wú)任何聯(lián)系，不受電磁波干擾，但易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響。超聲波信號(hào)衰減較快，但利用超聲波定位準(zhǔn)確度較高。

3.3 特高頻法

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有些類型局部放電會(huì)產(chǎn)生頻率較高的電磁波信號(hào)，特高頻法是通過(guò)特高頻傳感器對(duì)開(kāi)關(guān)柜局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)（0.3～3 GHz）進(jìn)行檢測(cè)，獲得局放信號(hào)的幅值、相位等相關(guān)信息。特高頻法利用傳感器在開(kāi)關(guān)柜縫隙和小孔等部位接收柜內(nèi)的特高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

特高頻檢測(cè)法具有較高的靈敏度和抗電暈干擾能力，利用波形特征可識(shí)別缺陷類型，同時(shí)利用示波器可實(shí)現(xiàn)精確定位。

3.4 聲電聯(lián)合法有效性對(duì)比分析

開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)中的電磁檢測(cè)法即暫態(tài)地電壓法和特高頻法，這兩種方法檢測(cè)的信號(hào)頻段較高，尤其特高頻法檢測(cè)頻段一般大于300 MHz。所以電磁法適合檢測(cè)介質(zhì)內(nèi)部放電，而絕緣子和套管表面的放電信號(hào)頻率較低，電磁法不敏感。

超聲波檢測(cè)法對(duì)介質(zhì)類型比較敏感，適合檢測(cè)空氣介質(zhì)放電，對(duì)絕緣子和套管表面放電檢測(cè)有效性較高。超聲波在固體和液體絕緣介質(zhì)內(nèi)部衰減比空氣中大的多，所以介質(zhì)內(nèi)部放電超聲波法基本檢測(cè)不到。三種檢測(cè)方法對(duì)開(kāi)關(guān)柜各類型局部放電信號(hào)的有效性如表1所示。

表1 暫態(tài)地電壓法、超聲波法和特高頻法對(duì)開(kāi)關(guān)柜不同放電類型的有效性對(duì)比

從表1可以看出，綜合使用暫態(tài)地電壓法、超聲波法和特高頻法三種檢測(cè)方法對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)是最有效的，三者可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，利于確定放電類型和放電部位。暫態(tài)地電壓法和超聲波法基本涵蓋了所有常見(jiàn)的放電類型，對(duì)于能檢測(cè)到特高頻信號(hào)的開(kāi)關(guān)柜，可以利用其進(jìn)行定位，同時(shí)可以通過(guò)相位特征判斷放電類型，可極大地提高缺陷診斷效率和準(zhǔn)確性。

山西電網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜局部放電普測(cè)結(jié)果表明，大多數(shù)放電開(kāi)關(guān)柜只能檢測(cè)到超聲波放電信號(hào)，停電檢查結(jié)果也說(shuō)明，80%的開(kāi)關(guān)柜放電都是由污穢和潮濕引起的表面放電。通過(guò)表1分析，超聲波法對(duì)這些表面放電比較敏感，所以能檢測(cè)到放電信號(hào)，而暫態(tài)地電壓法和特高頻法不敏感，所以大部分檢測(cè)不到局放信號(hào)。這也是前幾年山西電網(wǎng)只用暫態(tài)地電壓法進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)效果不好的原因。

4 結(jié)論

運(yùn)行中的開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)是診斷開(kāi)關(guān)柜絕緣故障有效的技術(shù)手段，可提高開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。聲電聯(lián)合法是目前最有效的開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)方法，即綜合利用暫態(tài)地電壓法、超聲波法和特高頻法診斷開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電信號(hào)，三種方法相輔相成，有利于判斷放電類型和放電部位。山西電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)柜局部放電普測(cè)結(jié)果證明了聲電聯(lián)合法的有效性和實(shí)用性。

Validity Analysis on Sw itchgear Partial Discharge Detection Using Ultrasonic Associated w ith Electromagnetic Method

LIU Yang1,CHEN Yutong2,M A Liqiang2

（1.State Grid Skill Training Center of SEPC,Linfen Branch,Linfen,Shanxi 041000,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

The practical process of partial discharge detection on nearly 2 000 switchgears in 91 substations of Shanxi Electric Power Company indicates that the ultrasonic associated with electromagnetic method is the most effective method.In this paper,the principle of ultrasonic associated with electromagneticmethod and the partial discharge detection results of switchgear in Shanxi Power Grid are introduced.The validity ofultrasonic associateswith electromagneticmethod is comparatively analyzed,which provides a helpful reference forpartialdischarge testers.

partial discharge detection on switchgear;ultrasonic associated with electromagnetic wave method;transient earth voltagemethod;ultrasonicmethod;ultra-high frequencymethod

TM591；TM855

A

1671-0320（2016）05-0034-03

2016-06-13，

2016-07-20

劉 楊（1984），女，山西太原人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，講師，從事電氣試驗(yàn)教學(xué)和研究工作；

陳昱同（1983），男，山西大同人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和技術(shù)監(jiān)督工作；

馬麗強(qiáng)（1985），男，山西呂梁人，2011年畢業(yè)于中南大學(xué)電氣工程專業(yè)，碩士，工程師，從事電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和技術(shù)監(jiān)督工作。